なぜルーターが必要なのですか？

私は、ルーターが必要な理由を解明しようとしてきました。ルーターをDHCPなどに使用できることは知っていますが、静的IPを使用したネットワーキングを考えています。したがって、次のとおりです。

静的IPで次のことを実行できますか？

Modem -> Switch -> PCs

または行く必要がありますか：

Modem -> Router -> Switch -> PCs

それでは、ルーターは正確に何をし、なぜそれが必要なのでしょうか？

一般に、ルーターはアクセスポイント、DHCP、ファイアウォール、およびスイッチとして機能し、ネットワークについてあまり知らない人にとっては簡単なソリューションだと思います

いいえ、ルーターはAPやスイッチとは別の種類のデバイスです。「ルーター」は単なる一般名ではなく、ネットワーク間でIPパケットをルーティングする特定の機能を表します。

言い換えれば、ルーター+スイッチ+ APの組み合わせを記述していることになります。これは、「SOHO（スモールオフィス/ホームオフィス）ルーター」または「ホームゲートウェイ」と呼ばれる場合があります。

（ただし、多くの専用ルーターには統合ファイアウォールがあり、場合によってはDHCPサーバーもあります。）

一般的にルーターが必要な理由を知りたい

純粋なイーサネットレベルのスイッチングはうまくスケーリングできないため、IPルーティングが必要です。

イーサネットデバイスのアドレスは製造元によって割り当てられます–有用な構造はありません。ネットワークに関する限り、それらはランダムです。そのため、イーサネットスイッチには2つの選択肢しかありません。すべてのポートに接続されたすべてのデバイスのリストを保持する（最新のスイッチのように）か、単にすべてのパケットをすべてのポートにブロードキャストします（元のイーサネットのように）。

どちらの方法も特定のネットワークサイズまでしかうまく機能しませんが、スイッチが記憶できないほどデバイスが多い場合、ネットワークはすぐに溶けてしまいます。（関連トピック：CAMの枯渇）

したがって、郵便番号や電話番号と同様に、IPはネットワークに構造を与えます。各ネットワーク、サブネットワーク、スーパーネットワークにはアドレスのチャンクが割り当てられ、「[10.7.xx]で始まるアドレスは[ポート3]経由で到達します。」現在、世界の他の地域では、数百万人のComcastの顧客を知る必要はありません。Comcast自体へのルートはわずかです。

IP ルーターはこれらのルートの知識を保持し、それに応じてすべてのパケットを転送します。

（イーサネットとIPのこの分離は、柔軟性を提供するため、実際に役立ちます。同じイーサネットは、IPv4、IPv6、おそらくIPXなどのいくつかの異なるプロトコルを伝送できます。ネットワークの成長に耐えることができませんでした。）

行けますか？：モデム->スイッチ->静的IPを搭載したPC

確かに、技術的には可能です。静的IPも必要ありません。

実際、私の職場の隣のISPでは、市内の約20のビジネス顧客が実際に独自のルーターを持っていません。「外部」スイッチはISPの建物内の単一のルーターに直接接続されています。それら）、あなたが説明するように。

しかし、通常この方法で行われない理由があります。（確かに、それらのいくつかは、NATなどのIPv4アドレスの不足から来ています。しかし、純粋なIPv6の世界においても多くは依然として重要です。）

• それがあるので、今、ISPルートネットワークへのシングル「グローバル」IPアドレス。そのため、確かに、PCをモデムに直接接続し、「グローバル」アドレスで構成することができます。（チャンスは、DHCPを介して自動設定することです。）

  実際、これは2000年代後半まで非常に一般的な構成でした。ほとんどの家庭の顧客はコンピューターを1台しか持たず、そのコンピューターはしばしばモデムを介してISPのルーターと直接通信します。最初に実際のダイヤルアップモデムを使用し、後にADSLモデムを使用します。

  ただし、すべてのデバイスには独自のアドレスが必要です。ISPからIPv4アドレスを1つしか取得できないため、2台目のコンピューターではなく、1台のコンピューターを直接接続できます。2台目のアドレスに追加料金を支払う場合を除きます。

  そのため、ホームルーターには「ネットワークアドレス変換」機能（別名NAT）があり、「プライベート」192.168.xアドレスのブロックを提供し、それらを単一の「グローバル」アドレスの背後に隠します。

  （CGNATも言及する価値がありますが、研究は読者に任されています。）

• NATの他に、「ルーター」には、ファイアウォール、DHCPサーバー、DNSキャッシュなどの他の機能もあります。はい、これらはすべてISPのルーターで実行できますが、ISPにかなりの費用がかかり、すべての顧客に不利益をもたらします。

  ファイアウォールは、ISPが提供するインターフェイスを介して設定する必要があり、ほとんどのISPは最小限のオプションのみを提供します。（自分のルーターを設定するとき、私は完全に制御できます-珍しいプロトコルにファイアウォールルールを適用できます;複数のサブネットを作成できます; IPv6トンネルまたはRIPまたはOSPFを試すことができます...）

  ファイアウォールとNATの両方には、接続を追跡するためのリソース（ある程度のメモリ、ある程度のCPUパワー）が必要です。現在、ルーターは独自の接続を追跡するだけなので、これらのリソースは分散しています。しかし、すべてがISPによって行われた場合、ルーターはすべての顧客のルーターと同じくらいのメモリとCPUを必要としますが、これは高価です。

  DHCPサーバーは、ユーザーの側にいる場合に非常によく機能します。インターネットケーブルが切断された場合でも、自分のデバイスでIPアドレスを取得し、ローカルで通信できます。（はい、はい、静的アドレスは可能ですが、私を信じてください、彼らは追跡するためのロバの痛みです。）

  DNSキャッシュは自宅にあるため機能します。とにかく ISPには独自のDNSキャッシュがありますが、ルーターはまだ近くにあり、デバイスの数が少ないため、応答がはるかに速いため、独自の小さなキャッシュがあります。（遅いDNSは非常に顕著です。）

したがって、独自のホームルーターを使用する理由は、1）高速である、2）安価である、3）あなたとISPの両方にとってシンプルであるということです。

（以前に説明したISPですか。なぜそうするのかわかりません。おそらく、顧客が数十人しかない場合と、数千人いる場合とでは異なります。）

通常、ホームモデムはIPアドレスを1つだけ提供します。ルーターはNAPT（ネットワークアドレスポート変換）を実行するため、ネットワーク上で複数のプライベートIPアドレスを使用できます。

ISPが複数のIPアドレスを提供している場合は、おそらくあなたの側にルーターなしで行くことができます。

自宅では、インターネットサービスプロバイダ（ISP）が提供するデバイスを介して、インターネットに到達するための経路が1つしかありません。ISPにはルーターが必要ですただし、システムへの接続のもう一方の端では、システムからのデータが次にどこに行くかを決定できます。ISPのWebサーバーの1つ、他の顧客のシステムの1つにアクセスする必要がありますか、GoogleまたはMicrosoftサーバーにアクセスする必要がありますか、または宛先IPアドレスがノルウェーのシステムなどを指します。複数の接続が入っているルーターがあります。ヨーロッパのネットワークに接続する回線を持つルーター、南アメリカのネットワークに接続するルーターなどがあります。また、それらの回線のもう一方の端には、独自の複数の接続を持つ他のルーターがあります。では、ISPのルーターは、どのルーターにデータを転送すべきかをどのようにして知るのでしょうか？ルーティングがありますデータを送信する次の「ホップ」である他のルーターを通知するテーブル。システムから宛先システムへの完全なパスがわからないため、システムから宛先アドレスへのすべての介在ルーターがわかりません。パスに沿ってデータをさらに移動するのに最適なのはどれかだけですその目的地へ。次のルーターは、独自のルーティングテーブルを調べて、データの送信先を決定します。おそらく、複数の接続のいずれかからデータを送信できます。「ルーティングメトリックに基づいて使用するものを決定します"。最も低いルーティングメトリックの接続が選択されます。ただし、その接続がダウンまたは輻輳した場合、ルーティングメトリックに基づいて次に最適な接続を選択できます。ISPのルーターは常に通信している必要はありません。インターネットの他のすべてのルーターでは、データを受信したときに次に最適なネットワーク「ホップ」が何であるかを知る必要があります。その次のルーターに依存して、同様の決定とパス内の他のすべてのルーターを作成できます同様に行います。

ルーティングテーブルを使用してネクストホップを選択することにより、データが通常フランスのルーターを通過してノルウェーの宛先に到達する場合、フランスを通るパスがなくなったとしても、フランスのルーターは停止を認識し、データを別のパス、たとえばドイツ経由で再ルーティングします。インターネットはARPANETの成長です; ARPANetの要件の1つは、回復力があり、故障した機器を迂回してルーティングすることにより、ネットワーク内の特定の機器の故障に耐えることができることでした。ARPANETの時代、今日のルーターの前身はInterface Message Processor（IMP）と呼ばれていました。

ホームネットワークに関しては、ルーターではない自宅のデバイスから直接接続することが可能です。ダイヤルアップモデムの時代にインターネットを使用していた場合、自宅でルーターを使用することはなかったでしょう。代わりに、コンピューターはISPに属するデバイスにダイヤルインされます。ISDN接続を共有する必要のあるシステムが複数ある場合は、ISDNルーターを持っているかもしれませんが、一部の企業や組織は依然として古いダイヤルアップモデムと同様に動作するISDNを使用しています。

また、ほとんどすべてのホームユーザーや中小企業がインターネットにアクセスするためにダイヤルアップネットワークが使用されていた時代でさえ、ホームユーザーや中小企業の電話回線数が限られていても、複数のコンピューターにインターネットアクセスが必要な場合、利用可能な解決策は、ダイヤルアップモデムを備えた1台のPCを、自宅または職場のローカルエリアネットワーク上の他のすべてのコンピューターのルーターとして機能するように構成することでした。小規模ビジネスの複数のコンピューターにインターネットへのダイヤルアップアクセスを提供するために、56 Kbsモデムを搭載したルーターをインストールしたことを覚えています。

今日、人々は自宅で有線と無線の両方の接続を持ち、すべてが同時にISPに接続できることを期待しています。また、インターネットプロトコルバージョン4（IPv4）アドレスは限られているため、ほとんどのホームユーザーは1つのパブリックIPアドレスしか取得できません。その1つのパブリックIPアドレスと、自身のシステムで使用する複数のプライベートIPアドレスの間でネットワークアドレス変換を実行できるデバイスが必要です。そして、外部から内部システムにアクセスできるユーザーを制御できるようにしたいと考えています。そのためには、ルーターまたはファイアウォールが必要です。ほとんどのホームルーターには、少なくともいくつかの制限されたファイアウォール機能が組み込まれています。

技術的には、ISPがあなたのために機能を処理できるかもしれませんが、そのアプローチは何千人、あるいは何百万人もの顧客にうまく拡張できません。たとえば、独自のルーターがある場合は、システムの1つにプライベートIPアドレス192.168.0.5を使用できます。したがって、ISPの他の何千もの顧客も使用できます。ISPは、プライベートIPアドレススペースが使用されたときに、異なる顧客が同じアドレスを選択しないようにする必要はありません。自宅の外部にあるISPの機器は、ISPから提供された1つのIPアドレスのみを考慮する必要があります。また、ポート5000でシステムの1つへのインバウンド接続を許可する場合は、自分で管理できます。ISPの技術サポート部門に電話する必要はありません。ISPのサポートスタッフに追加の負担をかけることになります。

あなたはそれを必要としないと思います

モデムを使用してスイッチを接続し、ISPが提供するパブリックIPを使用できます。

または、ルーターモデムを使用し、ブリッジモードに切り替えてルーターをオフにすることができます（ブリッジは基本的にスイッチですが、時々奇妙な任意の区別があります*）、ISPのパブリックIPを使用します

スイッチはIPのような階層型アドレス指定システムを処理しないため、自宅の外ではルーターを使用する必要があります。フラットアドレッシングスキームのみを処理できるスイッチのような決定は、多数のデバイスにとって遅すぎます。

世界中のすべての人が一意の番号を持っているが、番号がグループ化されていない場合、どの穴/ソケット/ポート/方向/を見つけるために、リストでその人の整数を調べる必要があると考えてくださいデータを送信する角度。あなたがすぐに見ることができるなら、彼らは東京にいる/彼らのIPアドレスは何とか何とかで始まり、東京の誰もが/何とか何とかで始まるIPアドレスで、この穴/ソケット/ポート/方向/角度からデータを送信しているそれを彼らに届けるのはより迅速です。

しかし、あなたの個人的な場合、あなたの家に戻ります。

IPはISPから（DHCP経由で）取得できるため、デバイスにDHCPサーバーは必要ありません。そのため、スイッチは問題ありません。

デバイスが1つしかない場合、NAPTは必要ありません。昔ながらのスイッチで十分です。

必ずしも安全ではありません（自分でセキュリティを保護しない限り）。ISPから複数のIPが提供されない場合は、1つのデバイスしか接続できません。しかし、あなたはそれをすることができます/それはできます。

用語の用語。ルーターと呼ぶデバイスは箱です。機能します。ルーティング、DHCP、NAPTにはモデムもあります。ボックスでDHCPとNATをオフにして、プレーンルーティングを行うことができます。また、ボックスにはスイッチが組み込まれています。したがって、ルーターをオフにしてブリッジモードにすることができます。

-*機能的にはブリッジはスイッチです。いくつかの違いは、スイッチが複数のポートを持っていることです。ブリッジは、ネットワークが異なるメディア上にある場合に使用します。スイッチ内のチップはより高速な設計であると言う人もいるかもしれません。しかし機能的には、彼らはスイッチング/ブリッジング（同じこと）を行い、MACアドレステーブル（またはおそらく他の「レイヤー2」プロトコル）を使用し、MACアドレスはおそらく「レイヤー2」でのフラットアドレススキームです。

インターネットはただのプロトコルではなく、互いに重なり合う一連のプロトコルです。これらのプロトコルはレイヤーに編成されており、それぞれがネットワーキングに関連する特定のタスクを処理します。

この質問では、リンク層とネットワーク層の 2つの層が重要です（インターネット層と呼ばれることもありますが、小文字のiに注意してください。これは、より広いインターネットと同じものではありません）。

リンクレイヤーは直接接続された2台のマシン間で信号を取得します。Wi-Fiは、イーサネットと同様にリンク層に存在するプロトコルです。他にもありますが、おそらくあなたは自宅でこれら2つのうちの1つ（またはおそらく両方）を使用しています。

ネットワーク層は、マシンのチェーンを使用して、直接接続されていない 2台のマシン間で信号を取得します。別のレイヤーに配置されるため、異なるマシンがどのように接続されているかを知る必要も、気にする必要もありません。イーサネットまたはWi-Fi、ファイバーチャネル、PPP、またはさらにエキゾチックなプロトコルを介して接続されたマシンをチェーン内に置くことができ、それらはすべて同じように連携します。

ルータはリンク層とネットワーク層の間の橋です。ルーターは、自宅のマシン（おそらくイーサネット、Wi-Fi、またはその両方を使用）に直接接続されているほか、ISPのマシンにも接続されています（さまざまな方法があります）。しかし、これらのマシンはどれも互いに直接接続されていません（ルーターを介して間接的に接続されているだけです）ので、ルーターは自宅のマシンとより広いインターネットの間で最も重要なリンクを形成します。ルーターがホームマシンのIPアドレスを決定しない場合でも、それらすべての間にリンクを形成する方法が必要です。これがルーターの機能です。

可能な限り最も簡単な答え：

ネットワーク上の任意のデバイスは、スイッチを介して同じサブネット内の他のデバイスと通信できます。ただし、異なるサブネット上のデバイスと通信するには、ルーターが必要です。スイッチはサブネット間でパケットを転送しません。